[发明专利]药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，包括五次液氮密封冷却和四次挤压，所述冷却设置于挤压前后。本发明制备的纳米晶纯铜材料晶粒细小均匀，且各向性能一致性好，能显著提升破甲战斗部药型罩的侵彻性能。

技术领域

本发明涉及金属塑性成形技术领域，尤其涉及一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法。

背景技术

典型的聚能装药射流具有较高的头部速度(≥8500m/s)和低的尾部速度(约3000m/s)，这种速度梯度使射流在一定的炸高条件下能拉得很长(达到20～100倍药型罩口径长度)，具有高侵彻能力。射流的侵彻能力是与连续射流长度成正比，但是由于金属内部缺陷与射流膨胀性作用，射流最终在轴向会断裂成一段段的颗粒，而限制了连续射流的长度，以及侵彻能量的传递，且断裂颗粒间相互扰动，其侵彻能力急剧下降。国内外研究机构对药型罩内部组织(晶粒度、形貌、晶界等)、制造工艺和破甲性能之间的关系作了大量而深入的研究。结果表明，药型罩产品的晶粒尺寸、晶粒取向和其它内在性能参数对侵彻能力影响明显，晶粒尺寸与形貌是影响侵彻性能的内在质量的第一因子，尤其是纳米晶尺寸效应已成为研究与应用的热点。

目前，适合制造聚能装药战斗部用药型罩的金属材料主要有：纯铜、纯铁、铀合金、铜合金等，其中纯铜材料密度高(Cu的密度为8.93g/cm³)、塑性好(室温伸长率≥45％)、声速大(4.7km/s)、熔点高(1083℃)，同时材料成形性能好(塑性成形极限达到95％)、储藏丰富、价格便宜，能够满足常规武器战斗部的高性能与低成本要求。铜作为聚能装药战斗部用药型罩已有50多年的发展历史，现有98％破甲战斗部采用铜药型罩，大量弹道试验研究表明，采用热轧、挤制的铜棒材或板材制造的药型罩，平均晶粒尺寸20～45μm，破甲侵彻威力不到9倍装药口径，已不能适应新一代反应装甲、陶瓷装甲、复合装甲的发展，制备细晶药型罩已成为发展高性能战斗部的关键技术之一。

为了进一步挖掘药型罩用纯铜材料的潜力，从连续射流长度与侵彻威力之间的关联性，以及金属材料的晶界理论出发，纯铜材料组织由微米尺度到纳米晶，能提高各向同性、屈强比、延展性，进一步提升战斗部的毁伤威力。现有大塑性变形技术以常规挤压或锻造、换向轧制、等通道挤压方法为主，该工艺存在以下缺点：一是晶粒尺寸不均匀，在变形弱区或剧烈变形区存在混晶组织；二是轧制板材的各向异性大；三是材料的收得率低、性能一致性差；四是通过单一工艺，制备纳米晶尺寸材料工序长、工艺复杂，L形挤压通常需要8-12次。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，使制备的纳米晶纯铜材料晶粒细小均匀，且各向性能一致性好，能显著提升破甲战斗部药型罩的侵彻性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，包括五次液氮密封冷却和四次挤压，所述冷却设置于挤压前后。即包括第一次液氮密封冷却、第一次挤压、第二次液氮密封冷却、第二次挤压、第三次液氮密封冷却、第三次挤压、第四次液氮密封冷却、第四次挤压、第五次液氮密封冷却。本发明保证材料在挤压过程中变形储能高，再通过后续热处理就能得到均匀细晶组织；且简化优化工艺，挤压次数少。

优选的，上述第一次液氮密封冷却时间为0.5～2小时，第一次挤压速率为10～25cm/min，第二次液氮密封冷却时间为1～3小时，第二次挤压速率为8～15cm/min，第三次液氮密封冷却时间1.5～4小时，第三次挤压速率为5～10cm/min，第四次液氮密封冷却时间2～4小时，第四次挤压速率为2～8cm/min，第五次液氮密封冷却时间2～4小时。

上述药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，包括第一次挤压前对模具冷却步骤，采用液氮冷却2～5小时，液氮压力0.4～1.2MPa。

上述药型罩用纳米晶纯铜材料的制备方法，第五次液氮密封冷却后进行热处理，在135±2℃保温3～15分钟。